[发明专利]一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置和方法

说明书

本发明公开了一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，包括发射单元、蓝宝石板材、发热单元、散热底座、夹具及其定位机构，发射单元发射出离子束并在蓝宝石板材的被抛光表面形成光斑；加热阵列由多个发热单元紧凑排列而成；加热阵列的一面与散热底座压紧装配，另一面与薄板形状的蓝宝石板材的未加工面压紧装配；加热阵列与所述蓝宝石板材相接触的表面积不大于离子束在蓝宝石板材的被抛光表面形成的光斑的面积；散热底座、加热阵列和所述蓝宝石板材通过夹具及其定位机构实现安装和固定；采用本发明的降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置和方法，可有效避免光学材料特别是高热膨胀系数光学材料在抛光时因热应力而导致开裂的情况。

技术领域

本发明属于光学加工技术领域，具体涉及一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，还涉及一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的方法。

背景技术

离子束抛光是一种超精密的光学加工技术。其原理是将氩气等惰性气体待离子化后，轰击加工件的表面，通过物理溅射效应实现对光学材料的加工。

在现有的离子束抛光技术中，离子束以某种特定的扫描轨迹，对被加工的材料进行扫描,抛光过程中离子束的光斑在工件表面的扫描路径、速度、加速度和驻留时间通常是由工件的表面原始数据反馈到离子束加工系统的控制计算机，并且由计算机实时计算来确定的。对大型的光学加工件来说，在特定时间，仅一小块区域被离子束光斑加工。

离子束轰击工件表面时，虽然避免了传统工艺中由预压力所产生的表面或亚表面损伤，但物理溅射效应伴随的热效应仍然是十分明显的；以60mm口径的离子束加工600mm(长)X300mm(宽)X8mm(厚)蓝宝石单晶板材为例，被离子束轰击的区域温度达到200℃，而蓝宝石板材在离光斑较远处的温度却仅有30-50℃；在这种情况下，就有可能使蓝宝石材料内部的热应力达到其破坏极限，导致蓝宝石板材开裂；因此，有必要对大尺寸薄板形脆性加工件的离子束抛光技术提供一种降低加工应力的方法，为此我们提出一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置和方法，以解决上述背景技术中提出离子束轰击工件表面时，虽然避免了传统工艺中由预压力所产生的表面或亚表面损伤，但物理溅射效应伴随的热效应仍然是十分明显的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，包括发射单元、蓝宝石板材、发热单元、散热底座、夹具及其定位机构，所述发射单元发射出离子束并在所述蓝宝石板材的被抛光表面形成光斑；所述加热阵列由多个发热单元紧凑排列而成；所述加热阵列的一面与散热底座压紧装配，另一面与薄板形状的蓝宝石板材的未加工面压紧装配；所述加热阵列与所述蓝宝石板材相接触的表面积不大于所述离子束在所述蓝宝石板材的被抛光表面形成的光斑的面积；所述散热底座、所述加热阵列和所述蓝宝石板材通过夹具及其定位机构实现安装和固定。

作为本发明的一种优选技术方案，所述发热单元通过热电阻的欧姆原理加热。

作为本发明的一种优选技术方案，所述发热单元为红外灯。

作为本发明的一种优选技术方案，所述发热单元为采用Peltier效应的热电加热/制冷片。

作为本发明的一种优选技术方案，所述散热底座为铜材质或不锈钢水冷式底座。

作为本发明的一种优选技术方案，每个所述发热单元的加热功率可独立控制。

作为本发明的一种优选技术方案，所述发热单元与所述蓝宝石板材的接触面积小于所述光斑面积。

作为本发明的一种优选技术方案，每个所述发热单元的加热功率与所述离子束路线规划计算机联动。